На главную сайта   Все о Ружанах

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ БОЕВЫХ РАКЕТ КБ «ЮЖНОЕ»

Материал подготовила Марина Драгунова

 

© «Науки и Техники»№ 11 2016 г., №№ 1, 4, 7,10 2017 г.
naukatehnika.com

 

В случае несогласия с размещением данных материалов, напишите: ruzhany@narod.ru

Часть 5
МЕЖКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ТВЕРДОТОПЛИВНЫЕ РАКЕТЫ


Пусковая установка РТ-20П (8К99) на параде в Москве

 

Идея использования твердотопливных (пороховых) двигателей для ракет имеет многовековую историю. Рецепты твердого топлива постоянно совершенствовались, но в 50-х гг. ХХ в. существовавшие до этого времени многочисленные рецептуры твердых топлив еще не обладали нужными для боевых ракет характеристиками и существенно уступали ракетам с жидкостными двигателями (ЖРД). Однако, доработав рецептуру твердого топлива до соответствия нужным требованиям, можно было получить в перспективе огромные преимущества по сравнению с ЖРД. Для ракет с твердотопливными двигателями намного проще обеспечить постоянную боеготовность ракет при длительном хранении благодаря отсутствию необходимости заправки топливом перед пуском. В связи с этим резко сокращалось наземное стартовое оборудование, снижались объем регламентных работ и численность состава стартовой команды.

В США первыми оценили преимущества твердотопливных ракет. Ракета «Титан-2» была первой и единственной жидкостной межконтинентальной боевой ракетой (МБР) США и последней из боевых ракет с ЖРД. Огромные ресурсы были привлечены для разработки новых рецептур твердого топлива и уже в скором времени были созданы крупногабаритные маршевые твердотопливные ракетные двигатели (РДТТ) для морского комплекса «Поларис» и МБР наземного комплекса «Минитмен». В это время в Советском Союзе были достигнуты первые успехи в создании жидкостных межконтинентальных ракет. Однако необходимость развития твердотопливного направления также была очевидной.

 

* * *

 

Конструкция двигателя на твердом топливе, на первый взгляд, проста — он состоит из корпуса (камеры сгорания) и реактивного сопла. Газ, образовавшийся в результате сгорания топлива, имеет скорость, превышающую скорость звука. В результате возникает реактивная сила, которую еще называют тягой. Тягу твердотопливных двигателей невозможно контролировать, после зажигания топлива двигатель нельзя отключить или запустить заново. Поэтому у проектировщиков ракет с использованием твердотопливного двигателя основная задача — научиться управлять процессом горения твердого топлива, поскольку твердое топливо быстро прогорает, т. е. двигатель имеет малое время работы.

Для создания твердого топлива, обладающего требуемыми характеристиками, необходима была всесторонняя поддержка государства. В 1957 г. Советское правительство приняло постановление об обеспечении развития твердотопливного направления в стране. Широкомасштабные работы по созданию твердого (смесевого) топлива возглавил Государственный институт прикладной химии, руководимый В. С. Шпаком. Были подключены Государственные комитеты СССР по химии, авиационной и оборонной технике, Академия наук СССР, институты, конструкторские бюро, заводы. Поиски рецептов и разработка технологии промышленного производства составных твердого топлива развернулись по всей территории СССР.

В КБ «Южное» первые проекты с использованием твердотопливных двигателей в боевых ракетах относятся к 1958 г. Для создания малогабаритной твердотопливной ракеты были организованы научно-исследовательские работы с экспериментальной отработкой. По техническому заданию Министерства обороны СССР требовалось создать ракету на твердом топливе со стартовой массой порядка 25 т. К работам были подключены смежные организации, НИИ. Проведенные научно-исследовательские работы показали, что в заданные параметры по весу и дальности полета при достигнутой энергетике твердого топлива уложиться было невозможно. Однако проектанты предложили оригинальное решение — создать двухступенчатую малогабаритную МБР комбинированного типа с РДТТ на первой ступени и ЖРД на второй ступни. Применение ампулизированной жидкостной второй ступени позволяло сохранить все основные преимущества твердотопливного двигателя и в то же время ввести стартовую массу ракеты в допустимые пределы. Такую комбинированную ракету можно было использовать в составе подвижного комплекса на гусеничном ходу, а впоследствии, с усовершенствованием характеристик твердого топлива, можно было заменить жидкостную ступень на твердотопливную.

В декабре 1964 г. был выпущен эскизный проект мобильного ракетного комплекса РТ-20П на гусеничном ходу с комбинированной малогабаритной МБР 8К99, размещенной в транспортно-пусковом контейнере. Ракета была выполнена по тандемной схеме. Основу первой ступени составлял твердотопливный двигатель 15Д15, созданный в КБ «Южное». В двигателе была применена совершенно новая в то время конструкция четырех поворотных управляющих сопел и принят оригинальный способ создания стабильного и длительного режима малой тяги для обеспечения требуемых параметров разделения ступеней. Для улучшения аэродинамических характеристик на активном участке полета головная часть (ГЧ) оснащалась сбрасываемым наконечником, выполненным в виде острого конуса. Этот конструктивный прием создания аэродинамических обтекателей с изменяемой геометрией наконечника получил дальнейшее развитие и применялся в последующих разработках КБ «Южное».


Маршевый ЖРД 15Д12 второй ступени МБР 8К99

Впервые в РТ-20П был применен транспортно-пусковой контейнер (ТПК) для ракеты. Контейнер обеспечивал удобство эксплуатации в составе мобильного комплекса. При старте ракеты ТПК устанавливался в вертикальное положение, верхняя крышка ТПК отделялась и уводилась в сторону специальным пороховым ракетным двигателем. Была предложена оригинальная схема старта ракеты из ТПК, которая впоследствии получила название «минометный» старт.

Самоходные установки с макетами ракет РТ-20П были показаны на военном параде в Москве 7 ноября 1967 г. Новое оружие американцы окрестили «железной девой», оценив созданное сочетание изящества и мощи. Они с трудом поверили, что эта ракета имеет межконтинентальную дальность полета.

Разработка первого в мировой практике межконтинентального мобильного грунтового ракетного комплекса РТ-20П — одна из ярких страниц в истории КБ «Южное». Создание первой твердотопливной ракеты 8К99 положило начало новому направлению работ КБ «Южное». И хотя ракетный комплекс по ряду причин не был принят на вооружение, наработанные при его создании и проверенные в натурных условиях конструкторские и технологические решения были в дальнейшем использованы при разработке новых поколений боевых ракет. Некоторые из них стали классикой мирового ракетостроения, намного опередив свое время.

 

* * *

 


Твердотопливный маршевый двигатель 15Д15 первой ступени МБР 8К99

Компоновочная
схема ракеты
Р-20П

Разработка стратегических ракет на твердом топливе в начале 70-х гг. в США уже занимала приоритетное направление, в котором были достигнуты значительные успехи. Еще в 1965 г. была принята на вооружение твердотопливная МБР «Минитмен-2» с дальностью полета более 11 тыс. км. В 1970 г. введена в строй МБР «Минитмен-3», оснащенная трехблочной разделяющейся головной частью с блоками индивидуального наведения с дальностью стрельбы более 12 тыс. км. По программам Минобороны США к середине 1975 г. планировалось иметь на боевом дежурстве (БД) 450 ракет «Минитмен-2» и 550 ракет «Минитмен-3». Кроме того, в начале 70-х гг. было принято решение о разработке МБР, значительно превосходящей по боевой эффективности все предыдущие за счет увеличения числа и мощности боевых блоков и точности стрельбы. Ракета получила претенциозное название Peacekeeper («Хранительница мира»), но обычно рекламировалась в печати под индексом МХ. При создании этой ракеты учитывались все новейшие мировые разработки, все принимаемые технические решения тщательно анализировались и оптимизировались. В результате была создана лучшая из всех американских твердотопливных ракет.

Конечно, разработка такой ракеты и ее тактико-технические характеристики привлекли внимание советского руководства. Учитывая отставание советской твердотопливной технологии от американской, создать ракету аналогичного класса было очень трудной задачей. На государственном уровне были предприняты меры по развертыванию дополнительных производственных мощностей, развитию сырьевой базы и другие меры в обеспечение развития этого направления.

Активное участие в опытно-конструкторских работах приняло КБ «Южное» как один из основных разработчиков стратегических ракет. В течение 1966–1973 гг. были разработаны проекты по ракетным комплексам РТ-21 и РТ-22 с твердотопливными ракетами 15Ж41 и 15Ж43.

Трехступенчатая ракета 15Ж41 ракетного комплекса РТ-21 со стартовой массой 36 т разрабатывалась для трех видов базирования — шахтного, грунтового и железнодорожного. Был выполнен эскизный проект, но дальнейшие работы были остановлены в связи с изменением требований Заказчика. Решением ВПК в 1968 г. КБ «Южное» была поручена разработка аванпроекта комплекса РТ-22 с ракетой 15Ж43. При этом стартовая масса разрабатываемой ракеты должна определяться, исходя из габаритов шахтных пусковых установок стоящих на вооружении ракет РТ-2 и УР-100, а также с учетом возможности создания подвижного комплекса железнодорожного базирования. Исходя из этой постановки, стартовая масса ракеты 15Ж43 составляла 70 т при дальности стрельбы 11 тыс. км.


Старт ракеты РТ-20П

Для этой ракеты впервые в истории отечественного ракетостроения был разработан маршевый твердотопливный двигатель первой ступени с массой моноблочного заряда более 40 т (двигатель 15Д22). В его конструкцию был заложен ряд прогрессивных технических решений. Результаты работ КБ «Южное» по комплексу РТ-22 с ракетой 15Ж43 были доложены руководству страны и получили одобрение. Решением ВПК в 1969 г. КБ «Южное» поручалось создание железнодорожного комплекса с ракетой 15Ж43 для проверки его эксплуатационных и боевых качеств. В обеспечение выполнения этих заданий была проведена экспериментальная отработка двигателя 15Д122, а также эксперименты по созданию железнодорожного комплекса. Эскизный проект был выполнен, но в связи с изменением технического задания на разрабатываемый ракетный комплекс и его оснащение кооперации было поручено перейти к полномасштабной разработке новых стратегических твердотопливных ракет большей (до 100 т) массы — РТ-23, с ракетой 15Ж44 стационарного и 15Ж52 железнодорожного базирования.


Карданный узел —
ключевой элемент системы качания ГЧ
ракеты РТ-23

В 1973 г. Заказчиком были выданы технические требования по комплексу РТ-23 с новой ракетой 15Ж44, оснащаемой разделяющейся и моноблочной головными частями. При этом для первой ступени ракеты 15Ж44 предполагалось использовать двигатель 3Д65, который предназначался и для ракеты морского базирования 3М65, разрабатываемой КБ машиностроения (Главный конструктор В. П. Макеев). Требование унификации двигателя создавало дополнительные трудности, но необходимые компромиссные проектные решения были найдены. В результате в КБ «Южное» был создан твердотопливный двигатель 3Д65, который позволил производить пуски ракеты 3М65 как с надводного, так и с подводного (глубиной до 55 м) положения, а также применялся для стационарной ракеты 15Ж44.

Созданию комплексов РТ-23 руководством страны придавалось большое значение. С 1973 по 1976 гг. со стороны руководящих органов и Заказчика шло постоянное наращивание требований к разрабатываемой твердотопливной ракете и железнодорожному комплексу на ее основе.

 


1. Опытная конструкция узла качания.
2. Отработка узла качания на стенде

1. Наконечник в надутом состоянии.
2. Наконечник в исходном состоянии

 


Отработка процесса
надувания наконечника

Основные положения на разработку ракеты 15Ж44 были утверждены на Совете Главных конструкторов в 1976 г. В конструкцию ракеты закладывались самые современные технические решения, применялись новые эффективные смесевые топлива, предусматривалась повышенная стойкость к поражающим факторам ядерного взрыва. Кроме того, с учетом ограничений по Договору ОСВ-2, ограничения вводились и на массо-габаритные характеристики разрабатываемой ракеты. Так, стартовая масса ракеты должна быть до 106 т, а длина в транспортировочном положении не более 21,9 м. Результаты первых проработок были неудовлетворительными — реализуемая стартовая масса ракеты существенно превышала заданную, а для отработки двигателей требовалось большое количество испытаний. Но, пожалуй, основная проблема была в неустойчивости ракеты при разделении первой и второй ступеней. Даже кратковременный момент неустойчивости (0,1 с) при разделении ступеней приводил к опрокидыванию второй ступени. Требовалось эффективное управление ракетой на протяжении всего полета, сложность которого усугублялась тем, что твердотопливные двигатели нерегулируемы и имеют большой разброс величины тяги, времени их работы, а отсюда — и разброс величин скоростного напора при разделении ступеней. Прорабатывались различные варианты, но в результате был применен принципиально новый способ управления полетом ракеты путем поворота головного отсека в двухстепенном карданном шарнире. Этот способ был запатентован группой изобретателей КБ «Южное». Первые испытания такой модели подтвердили многообещающие прогнозы.

По результатам проектной оценки этот способ управления был признан технически реализуемым, и в 1976 г. В. Ф. Уткин принял решение о применении его для управления ракетой. В просторечии этот способ управления стал называться «качанием головой». Для его реализации Главный конструктор В. Ф. Уткин сумел создать коллектив энтузиастов и лично контролировал выполнение плана. Основные направления работы возглавляли пять докторов наук, в решении специальных вопросов принимали участие десять кандидатов наук и ведущие специалисты КБ. В. Ф. Уткин, уверенный в перспективности идеи, отстаивал ее на всех уровнях.

Применение нового способа управления ракетой позволило решить и некоторые другие технические задачи. Например, это позволило исключить потери тяги маршевого двигателя на создание управляющих усилий. Благодаря этому возмущения в канале крена были минимальными, что позволило упростить схему управления и управляющие органы.

 

Основные тактико-технические характеристики
ракетного комплекса РТ-20П

Дальность стрельбы, км 9000
Точность стрельбы, км ±4
Боевое оснащение в двух вариантах:  
          — «легкий» моноблок с зарядом мощностью, Мт 0,4
          — «тяжелый» моноблок с зарядом мощностью, Мт 1
Система преодоления ПРО Легкие ложные цели. Система искажения радиолокационных характеристик боевых блоков
Боеготовность:  
          — постоянная, мин 10
          — повышенная, мин 3
Вес подвижной самоходной установки с заправленной ракетой, тс 78

 

В конструкцию ракеты 15Ж44 было внедрено много других оригинальных технических решений. Так, было впервые применено минометное разделение ступеней. При «горячем» разделении, которое применялось ранее для твердотопливной ракеты, возникли определенные трудности. Минометное разделение ступеней обеспечивалось за счет наддува газом от порохового аккумулятора давления межступенного объема и поперечного деления переходного отсека удлиненным кумулятивным зарядом. Такая конструкция гарантировала безударное разделение ступеней и обеспечивала максимальную плотность компоновки межступенной части ракеты.

 


Для соращения длины ракет были созданы сопла РДТТ с телескопическим раструбом

 

Ракета 15Ж44 имеет оригинальный обтекатель головной части с изменяемой геометрией. Металлическая гофрированная вставка под действием внутреннего давления, создаваемого специальным аккумулятором давления, в полете распрямлялась, приобретая вид конуса вращения. Это позволило уменьшить габаритную длину и поместить ракету в транспортно-пусковое устройство.

В 1977 г. эскизный проект комплекса с ракетой 15Ж44 был одобрен Советом Главных конструкторов. В решении Совета ГК отмечалось, что по заявленным характеристикам 15Ж44 превосходит ранее разработанные образцы ракет на твердом топливе, а по некоторым характеристикам (массе полезной нагрузки) находится на уровне перспективной ракеты США — МХ, хотя по ряду других показателей (стойкость к ПФЯВ, точность стрельбы, боеготовность) значительно уступает МХ. Этим были определены направления дальнейших работ — необходимо было довести уровень совершенства разрабатываемой ракеты до уровня ракеты МХ.

 

Технические характеристики ракеты 8К99

Стартовый вес, тс 30,9
Вес ТПК с заправленной ракетой, тс 38,8
Число ступеней 2
Вид топлива:  
          — I ступени твердое смесевое
          — II ступени жидкое (азотный тетраоксид +
+ несимметричный диметилгидразин)
Габаритные размеры ракеты, м  
          — длина 18
          — диаметр 1,6
ДУ I ступени:  
          — тяга (на земле/в пустоте), тс 61/70
          — удельный импульс тяги (на земле/в пустоте), с 231/265
          — органы управления 4 поворотных сопла
ДУ II ступени:  
          — тяга (в пустоте), тс 14
          — тяга в режиме конечной ступени, 0,7
          — удельный импульс тяги (в пустоте), с 327,5
          — органы управления вдув генераторного газа в закритическую часть сопла и сопла крена

На базе ракеты 15Ж44 в скором времени были созданы ракета 15Ж60 шахтного базирования, а также уникальный боевой железнодорожный ракетный комплекс (БЖРК) с ракетой 15Ж61, которые мы рассмотрим в следующей статье.

(Продолжение следует...)

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Призваны временем. Т. 1. От противостояния к международному сотрудничеству / под общ. ред. С. Н. Конюхова. Днепропетровск : [б. и.], 2004. 768 с. : рис., табл., фотоил.

2. Призваны временем. Т. 2. Ракеты и космические аппараты Конструкторского бюро «Южное» / под ред. С. Н. Конюхова. Днепропетровск : [б. и.], 2004. 227 с. : ил.

3. Шестьдесят лет в ракетостроении и космонавтике / под ред. А. В. Дегтярева. Днепропетровск : Арт-Пресс, 2014.

Материал подготовила Марина Драгунова


Яндекс.Метрика